JPWO2014013992A1 - 二次電池の集電構造及び二次電池 - Google Patents
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Abstract
二次電池を大容量化するために積層される極板の枚数が増えても集電板の設置スペースを必要以上に大きくすることがない集電構造を提供する。正極集電板積層部２７を構成する正極集電板４１ａ乃至４１ｊを曲げ部４７ａ乃至４７ｊで折り曲げることにより被固定部４３ａ乃至４３ｊ及び被溶接部４５ａ乃至４５ｊを構成する。曲げ部４７ａ乃至４７ｅの角度を、８０°、９０°、１００°、１１０°、１２０°にする。曲げ部４７ｆ乃至４７ｊの角度は、それぞれ１２０°、１１０°、１００°、９０°、８０°である。負極集電板も同じように折り曲げる。
Description
本発明は、二次電池の集電構造及び二次電池に関するものである。
リチウムイオン電池等の非水電解液二次電池は、エネルギー密度が高く、かつ自己放電が少なくてサイクル性能が良いという利点がある。そのため近年では、非水電解液二次電池を大型または大容量化することにより、各種の産業用機械器具の電源として使用することが期待されている。非水電解液二次電池を大容量化するためには、非水電解液二次電池内に収容する極板の枚数を増やす必要がある。
極板はそれぞれ電極端子に電気的に接続する必要があるため、収容する極板の枚数が増加した非水電解液二次電池では、各極板を電極端子にそれぞれ接続しようとすると、極板を接続する領域を確保するために電極端子の接続部を大きくしなければならない。また、電極端子の接続部の周囲に、多くの極板を接続するための空間が必要となる。さらに極板の枚数が多くなると、多数枚の極板のタブと電極端子との間の接続部の抵抗値が大きくなる問題がある。このような問題を解決するものとして、特許第４４９４７３１号公報（特許文献１）には、複数枚の極板のタブをＬ字状の集電リード（集電板）に溶接したものを複数作り、複数の集電リードのタブが溶接される部分を所定の間隔をあけて平行に延ばし、複数の集電リードの基部を重ねてボルト及び溶接により電極端子の接続部に固定した二次電池が開示されている。
最近では、最大放電電流が１００Ａに達する二次電池もあり、このような二次電池では、数１００枚の極板を積層して極板群を構成することもあり、極板のタブを接続する集電板の枚数も多くならざるをえない状況になっている。積層する集電板の枚数が多くなると、極板群は、極板の積層方向の寸法が大きくなる。そのため端子本体部に近い位置にある極板と、端子本体部から離れた位置にある極板とでは、端子本体部との距離が大きく異なる。
従来の二次電池では、端子本体部との距離が異なる複数の極板のタブをそれぞれ端子に電気的に接続するために、例えば特許文献１に示すように集電板のタブを溶接した部分を平行に並べる構造では、集電板の枚数が多くなると、複数枚の集電板を配置するスペースが大きくなって、二次電池が大型化せざるを得ないという問題がある。
本発明の目的は、二次電池を大容量化するために積層される極板の枚数が増えても集電板の設置スペースを必要以上に大きくすることがない二次電池の集電構造及び二次電池を提供することにある。
本発明の他の目的は、二次電池を大容量化するために積層される極板の枚数が増えてもタブの形状が同じ極板を使用することができる二次電池を提供することにある。
本発明は、タブを有する極板がセパレータを介して複数枚積層されてなる極板群を備えた二次電池の集電構造を改良の対象とする。本発明の集電構造は、複数枚の集電板と端子とを備えている。複数枚の集電板には、それぞれ同極性の複数枚の極板のタブが溶接される。端子は、２つのグループに分けられた複数枚の集電板が取り付けられる端子本体部と端子部とを有している。本発明で用いる複数枚の集電板は、それぞれ積層されて端子本体部に固定される集電板積層部を構成する被固定部と、複数枚のタブが重なった状態で溶接される被溶接部とを備えている。複数枚の集電板は、それぞれ被固定部と被溶接部との間に所定の角度の曲げ部を有するように折り曲げられて形成されている。一つのグループに属する複数枚の集電板は、端子本体部に近い位置にある第１の小グループと端子本体部から離れた位置にある第２の小グループとにさらに分けられている。第１の小グループに属する複数枚の集電板は、隣り合う２枚の集電板のうち端子本体部に近い位置にある１枚の集電板に形成された所定の角度が、端子本体部よりも遠い位置にある他の１枚の集電板に形成された所定の角度よりも小さくなるように、複数枚の集電板の所定の角度がそれぞれ定められている。第２の小グループに属する複数枚の集電板は、隣り合う２枚の集電板のうち端子本体部に近い位置にある１枚の集電板に形成された所定の角度が、端子本体部よりも遠い位置にある他の１枚の集電板に形成された所定の角度よりも大きくなるように、複数枚の集電板の所定の角度がそれぞれ定められている。
本発明の集電構造では、各集電板の被溶接部は、集電板積層部の極板群側の端部から放射状に延びるように構成される。その結果、集電板の枚数が多くなっても、所定の角度を適宜に定めることにより、限られたスペースの中に必要な枚数の集電板を配置することができる。したがって本発明によれば、集電板の枚数が多くなっても、複数枚の集電板を配置するスペースを大きくする必要がない。なお複数枚の集電板の被溶接部の長さは全て同じでもよいし、一部または全部が異なっていてもよい。また隣り合う２枚の集電板の間の所定の角度も、すべて同じでもよいし、一部または全部が異なっていてもよい。なお、もう一つのグループに属する複数枚の集電板の集電構造は任意の構成とすることができる。
集電板の被溶接部に溶接される複数枚の極板のタブは、どのように引き回されてもよいが、他の集電板に溶接されるタブと接触しないように引き回すのが好ましい。
なお、本発明は、端子部本体に一つの集電板積層部を固定する集電構造とすることもできる。この場合には、複数枚の集電板を、２つのグループに分けずに、一つの第１の小グループと、一つの第２の小グループとを有するように集電構造を構成する。
第１の小グループに属する複数枚の集電板のうち端子本体部に最も近い位置にある集電板の所定の角度が鋭角であり、第２の小グループに属する複数枚の集電板のうち端子本体部から最も離れた位置にある集電板の所定の角度が鋭角であることが好ましい。このように構成すると、端子本体部に隣接する空間を、タブの引き回すための空間として使用することができるので、端子本体部から最も離れた位置にある集電板の所定の角度が鈍角の場合よりも集電板の枚数を多くすることができる。
本発明の集電構造は、複数枚の集電板を２つのグループに分けて、一つのグループに属する複数枚の集電板を第１及び第２の小グループに分けないように構成してもよい。この場合には、例えば、端子本体部の端子部が位置する面とは反対側に位置する面と対向する領域内に複数枚の被溶接部が位置するように、一つのグループに属する複数枚の集電板を配置する。そして、隣り合う２枚の集電板のうち端子本体部に近い位置にある１枚の集電板に形成された所定の角度が、端子本体部よりも遠い位置にある他の１枚の集電板に形成された所定の角度よりも小さくなるように、複数枚の集電板の所定の角度をそれぞれ定める。このように構成すると、端子部本体と極板群との間の領域に、複数枚の被溶接部を配置することができる。そのため、端子本体部の端子部が位置する面とは反対側に位置する面と対向する領域にある極板の被溶接部を簡単に溶接することができる。また、複数枚の集電板を全くグループ分けせずに、端子本体部の端子部が位置する面とは反対側に位置する面と対向する領域内に複数枚の被溶接部が位置するように、複数枚の集電板を配置してもよい。
端子本体部の端子部が位置する面とは反対側に位置する面と対向する領域内に複数枚の被溶接部が位置するように、複数枚の集電板を配置した場合には、複数枚の集電板のうち、端子本体部に最も近い位置にある集電板の所定の角度が鋭角であることが好ましい。
複数枚の集電板は、端子本体部の端子部が位置する面とは反対側に位置する面と対向する領域の外側に複数枚の被溶接部が位置するように配置してもよい。この場合には、隣り合う２枚の集電板のうち端子本体部に近い位置にある１枚の集電板に形成された所定の角度が、端子本体部よりも遠い位置にある他の１枚の集電板に形成された所定の角度よりも大きくなるように、複数枚の集電板の所定の角度をそれぞれ定める。このように構成すると、複数枚の被溶接部は、端子部本体と極板群との間の領域の外側に、複数枚の被溶接部を配置することができる。そのため、端子本体部の端子部が位置する面とは反対側に位置する面と対向する領域の外側にある極板の被溶接部を簡単に溶接することができる。また、複数枚の集電板を全くグループ分けせずに、端子本体部の端子部が位置する面とは反対側に位置する面と対向する領域の外側に複数枚の被溶接部が位置するように、複数枚の集電板を配置してもよい。
端子本体部の端子部が位置する面とは反対側に位置する面と対向する領域の外側に複数枚の被溶接部が位置するように、複数枚の集電板を配置した場合には、複数枚の集電板のうち、端子本体部から最も離れた位置にある集電板の所定の角度が鋭角であることが好ましい。
隣り合う２枚の集電板のそれぞれの所定の角度の差が小さすぎると、隣り合う２枚の集電板の被溶接部の間の空間が狭くなり、各集電板に十分な枚数の極板のタブを溶接できない場合が生じる。また、隣り合う２枚の集電板のそれぞれの所定の角度の差が大きすぎると、各集電板に溶接できる極板のタブの枚数を多くできるものの、所望の枚数の集電板を端子本体部に溶接できない場合が生じる。そこで、隣り合う２枚の集電板のそれぞれの所定の角度の差は、５°乃至１５°であることが好ましい。所定の角度の差を、この範囲にすれば、各集電板に溶接できる極板のタブの枚数及び端子本体部に溶接できる集電板の枚数の両方を多くすることができる。なお、本発明の端子構造が実装される二次電池の出力または構成等に応じて、所定の角度の差を上記範囲外としてもよいのは勿論である。
複数枚の集電板が２つのグループに分けられている場合には、端子本体部の極板群の積層方向に対向する二つの端面にそれぞれ固定されていることが好ましい。このように構成すると、端子本体部の一つの端面にのみ集電板積層部を固定する場合よりも多くの極板を接続することができる。また、２つのグループに分けた複数枚の集電板を簡単に端子部本体に接続することができる。
本発明は、非水電解液二次電池用として把握することもできる。
以下、図面を参照して本発明の集電構造及び二次電池の実施の形態の構成を詳細に説明する。図１は、本発明の集電構造の一実施の形態を適用した非水電解液二次電池としてのリチウムイオン二次電池１の平面図であり、図２はリチウムイオン二次電池１の内部構造を示す正面図である。なお、本実施の形態では、理解を容易にするため、一部の部品の厚み寸法を誇張して描いている。
図１及び図２に示すように、本実施の形態のリチウムイオン二次電池１は、極板群３と、極板群３を内部に収容するステンレス製の角型電池容器５とを備えている。電池容器５は、一方の端部が開口する電池缶７と、電池蓋９とを備えており、極板群３を電池缶７に挿入した後、電池缶７の開口周縁部と、電池蓋９の周縁部とを溶接することで密閉されている。
電池蓋９には、アルミニウム製の正極端子１１及び負極端子１３が固定されている。正極端子１１及び負極端子１３は、電池蓋９の蓋板を貫通して電池容器５の外部に突出する端子部１１ａ及び１３ａと、電池容器内に配置される端子本体部１１ｂ及び１３ｂとをそれぞれ有している。正極端子１１及び負極端子１３と電池蓋９の間には、円環状の内側パッキン１５がそれぞれ設けられている。電池蓋９の外側には、電池蓋９を介して内側パッキン１５と対向する位置に、円環状の外側パッキン１７と、端子ワッシャ１９とが重ねられた状態で設けられている。正極端子１１及び負極端子１３は、内側パッキン１５、外側パッキン１７、端子ワッシャ１９を介して、ネジ部の先端に設けられた正極端子用ナット２１及び負極端子用ナット２３により、電池蓋９にそれぞれ固定されている。電池蓋９の正極端子１１及び負極端子１３が設けられた部分は、内側パッキン１５及び外側パッキン１７により、電池容器５内の密閉・封止状態を確保している。
電池蓋９には、ステンレス箔を溶接したガス排出弁９ａ及び注液口９ｂが配設されている。ガス排出弁９ａは、電池内圧上昇時にステンレス箔が開裂して内部のガスを放出する機能を有している。注液口９ｂからは、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）または４フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）を溶解した図示しない非水電解液が注入される。電解液注入後、液口栓により注液口９ｂは密閉されている。
正極端子１１の端子本体部１１ｂには、正極側押さえ部材２５と正極集電板積層部２７とがボルト２９により取り付けられている。また、負極端子１３の端子本体部１３ｂには、負極側押さえ部材３１と負極集電板積層部３３とがボルト２９により取り付けられている。
図３は、本実施の形態の極板群３の右側面図である。なお図３においては、理解を容易にするために各構成部材を模式的に示している。そのため、図３に示した各構成部材は、実際の極板群の構成部材とは、形状及び寸法等が異なる。極板群３は、複数枚の正極板３５と、複数枚の負極板３７とがセパレータ３９を介して交互に積層されて構成されている。セパレータ３９は、正極板３５と負極板３７とが接触して短絡することを防止している。
正極板３５は、ほぼ長方形形状の板状に形成されたアルミニウム箔からなる正極集電体と、正極集電体の両面に設けられた正極活物質層とを有している。正極活物質層は、例えばリチウムマンガン複酸化物粉末と、導電材として鱗片状黒鉛と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とを重量比８５：１０：５の割合で混合し、これに分散溶媒のＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を添加、混練したスラリを、正極集電体に塗布した後、乾燥、プレスすることにより形成することができる。正極集電体の電池蓋９に沿って延びる辺には、正極タブ３５ａが一体に形成されている。正極タブ３５ａは、後述する正極集電板に超音波溶接またはレーザ溶接により接合される。複数の正極板及び複数の正極タブ３５ａは、同じ形状に形成されている。
負極板３７は、ほぼ長方形形状の板状に形成された電解銅箔からなる負極集電体と、負極集電体の両面に設けられた負極活物質層とを有している。負極活物質層は例えば、負極活物質としての非晶質炭素粉末９０質量部に対し、結着剤としてＰＶＤＦを１０質量部添加し、これに分散溶媒のＮＭＰを添加、混練したスラリを、厚さ１０μｍの電解銅箔の両面に塗布した後乾燥、プレスすることにより形成することができる。負極集電体の電池蓋９に沿って延びる辺には、負極タブ３７ａが一体に形成されている。この負極タブ３７ａは、正極板３５及び負極板３７を積層したときに、正極タブ３５ａと対向しないように形成されている。負極タブ３７ａは、後述する負極集電板に超音波溶接またはレーザ溶接により接合されている。複数の負極板及び複数の負極タブ３７ａは、同じ形状に形成されている。
セパレータ３９は、リチウムイオンが通過可能なポリエチレン製の多孔質材によりほぼ長方形形状のシート状に形成されている。なおセパレータ３９は、正極板３５の正極集電体と負極板３７の負極集電体とが積層状態で接触することを阻止できる大きさを有している。
なお、図３においては、図示を容易にするために、６枚の正極板と６枚の負極板と１２枚のセパレータのみが示されているが、本実施の形態のリチウムイオン二次電池１では、実際には、３６０枚の正極板と３６０枚の負極板と７２０枚のセパレータが積層されて極板群３が構成されている。
図４は、本実施の形態の非水電解液二次電池の正極板の正極タブ３５ａ、正極集電板４１（ａ乃至ｊ）、正極端子１１及びボルト２９を分離して示した図であり、図５は、本実施の形態のリチウムイオン二次電池１の正極端子１１の集電構造を模式的に示す図である。本実施の形態のリチウムイオン二次電池では、正極側の集電構造と、負極側の集電構造とは同一であるので、正極側の集電構造のみについて図示して説明をし、負極の集電構造の図示及び説明については一部を省略する。
図４及び５においては、セパレータ及び負極板を図示していない。また図５では、図示を容易にするために、正極集電板には、１枚の正極板がそれぞれ溶接されているように図示しているが、実際には、図４に示すように、正極集電板４１ａ乃至４１ｊには、それぞれ複数枚の正極板３５の正極タブ３５ａが溶接されている。
正極端子１１の端子本体部１１ｂには，積層方向に対向する面１１ｃに、ボルト２９が締結される２つのネジ孔１１ｄが形成されている。ネジ孔１１ｄは、面１１ｃの長手方向の両側の端部付近に形成される。ネジ孔１１ｄの内部には、ボルト２９の先端に設けられたネジ部と螺合される雌ネジが形成されている。面１１ｃは、正極側押さえ部材２５と完全に対向する大きさを有している。２つのネジ孔１１ｄの間には、ネジ孔１１ｄが設けられた部分よりも正極側押さえ部材２５に向かって突出する突出面１１ｅが設けられている。突出面１１ｅは、２つのネジ孔１１ｄが設けられた部分よりも０．２ｍｍ正極側押さえ部材２５に向かって突出している。本実施の形態の端子本体部１１ｂでは、図５に示すように、端子本体部１１ｂの面１１ｃと積層方向に対向する面１１ｆにもネジ孔１１ｄ及び突出面１１ｅを形成しており、端子本体部１１ｂの対向する２つの面に、正極側押さえ部材２５とボルト２９とナット１３ｄとを用いて２つの正極集電板積層部２７がそれぞれ取り付けられている。
負極端子１３の端子本体部１３ｂには、正極端子１１の端子本体部１１ｂと同様に、積層方向に対向する２つの面１３ｃ及び１３ｆに、ボルト２９が締結される２つのネジ孔１３ｄ及び突出面１３ｅが形成されている。ネジ孔１３ｄの内部にも、雌ネジが形成されている。面１３ｃ及び１３ｆは、負極側押さえ部材３１と完全に対向する大きさを有している。
正極側押さえ部材２５は、アルミニウムによりほぼ直方体形状に形成されている。正極側押さえ部材２５には、長手方向の両側の端部付近にボルト２９が貫通する２つの貫通孔２５ａが形成されている。正極側押さえ部材２５は、正極端子１１の端子本体部１１ｂとの間に正極集電板積層部２７を挟んだ状態で端子本体部１１ｂに取り付けられる。
負極側押さえ部材３１は、銅によりほぼ直方体形状に形成されている。負極側押さえ部材３１には、長手方向の両側の端部付近にボルト２９が貫通する２つの貫通孔３１ａが形成されている。負極側押さえ部材３１は、負極端子の端子本体部１３ｂとの間に負極集電板積層部３３を挟んだ状態で端子本体部１３ｂに取り付けられる。
本実施の形態の負極端子１３の端子本体部１３ｂにも同様に、２つの負極集電板積層部３３が取り付けられている。
各正極タブ３５ａは、超音波溶接により１８枚ずつ正極集電板４１に超音波溶接またはレーザ溶接により溶接される。図４には、各正極タブ３５ａが溶接される正極集電板を矢印で示している。また本実施の形態では、負極集電板５１には１８枚の負極タブ３７ａが超音波溶接またはレーザ溶接により溶接されている。
本実施の形態では、図５に示すように、２０枚の正極集電板４１が１０枚ずつの２つのグループに分けられている。図４には、４つの正極集電板４１ａ、４１ｂ、４１ｆ及び４１ｊのみを図示している。正極集電板４１ａ乃至４１ｊは、正極集電板積層部２７を構成する被固定部４３（４３ａ乃至４３ｊ）と、正極タブ３５ａが溶接される被溶接部４５（４５ａ乃至４５ｊ）とをそれぞれ備えている。本実施の形態では、ほぼ直方形形状に形成されたアルミニウムからなる正極集電板４１を曲げ部４７（４７ａ乃至４７ｊ）で折り曲げることにより被固定部４３及び被溶接部４５を構成している。正極集電板４１ａ乃至４１ｊは、折り曲げる前は、同じ形状を有している。本実施の形態の被固定部４３には、正極端子１１の端子本体部１１ｂ及び正極側押さえ部材２５により挟まれる部分の両端の端部付近にボルト２９が貫通する２つの貫通孔４９が形成されている。正極集電板積層部２７は、被溶接部４５ａ乃至４５ｊを順番に積層することにより構成されている。
正極側押さえ部材２５に隣接する位置に取り付けられる正極集電板４１ａは、端子本体部１１ｂから正極側押さえ部材２５に向かう方向に被溶接部４５ａが折り曲げられている。正極集電板４１ａは、被固定部４３ａと被溶接部４５ａとの間の曲げ部４７ａの角度が８０°となるように折り曲げられている。
正極集電板４１ｂ乃至４１ｅは、正極集電板４１ａと同様に、端子本体部１１ｂから正極側押さえ部材２５に向かう方向に被溶接部４５ａが折り曲げられている。正極集電板４１ｂ乃至４１ｅの曲げ部４７ｂ乃至４７ｅの角度は、それぞれ９０°、１００°、１１０°、１２０°である。正極集電板４１ａ乃至４１ｅの被溶接部４５ａ乃至４５ｅは、端子本体部１１ｂの端子部１１ａが位置する面Ｓ１とは反対側に位置する面Ｓ２と対向する領域ＡＲの外側に位置している。本実施の形態では、正極集電板４１ａ乃至４１ｅにより正極集電板の第２の小グループが構成されている。
正極集電板４１ｆ乃至４１ｊは、正極側押さえ部材２５から端子本体部１１ｂに向かう方向に被溶接部４５ｆ乃至４５ｊが折り曲げられている。正極集電板４１ｆ乃至４１ｊの曲げ部４７ｆ乃至４７ｊの角度は、それぞれ１２０°、１１０°、１００°、９０°、８０°である。そのため、正極集電板４１ｆ乃至４１ｊの被溶接部４５ｆ乃至４５ｊは、端子本体部１１ｂの端子部１１ａが位置する面Ｓ１とは反対側に位置する面Ｓ２と対向する領域ＡＲ内に位置している。本実施の形態では、正極集電板４１ｆ乃至４１ｊにより正極集電板の第１の小グループが構成されている。
正極集電板４１ａ乃至４１ｊの被溶接部４５ａ乃至４５ｊには、極板群３の積層方向の端部から順番に正極板３５の正極タブ３５ａが１８枚ずつ溶接される。本実施の形態では、正極集電板積層部２７の中央側の正極集電板には、正極集電板積層部２７との距離が短い正極板３５の正極タブ３５ａが溶接される。例えば、正極集電板４１ｅ及び４１ｆには、極板群３及び正極端子１１を蓋部材９側から見たときに、正極集電板積層部２７と重なる位置にある正極板が溶接される。また、正極集電板積層部２７の積層方向の両端側の正極集電板には、正極集電板積層部２７との距離が長い正極板３５の正極タブ３５ａが溶接される。例えば、正極集電板４１ａ及び４１ｊには、極板群３及び正極端子１１を蓋部材９側から見たときに、正極集電板積層部２７と重ならない位置にある正極板が溶接される。
図５に示すように、正極集電板４１ｅに溶接される正極板の正極タブは、正極集電板４１ａに溶接される正極板の正極タブに比べて、正極集電板積層部２７から離れる方向に大きく迂回するように引き回されてから正極集電板に溶接されている。そのため、各正極集電板の形状及び各極板の形状を同じにしても、各正極タブを正極集電板に接続することができる。
本実施の形態では、２０枚の負極集電板５１が１０枚ずつのグループに２つのグループに分けられて、２つの負極集電板積層部３３を構成している。２つの負極集電板積層部３３は、それぞれ１０枚の負極集電板５１（５１ａ乃至５１ｊ）により構成されている。負極集電板５１ａ乃至５１ｊは、負極集電板積層部３３を構成する被固定部５３（５３ａ乃至５３ｊ）と、負極タブ３７ａが溶接される被溶接部５５（５５ａ乃至５５ｊ）とをそれぞれ備えている。本実施の形態では、ほぼ直方体形状に形成されたニッケルからなる負極集電板５１を曲げ部５７で折り曲げることにより被固定部５３及び被溶接部５５を構成している。被固定部５３には、負極端子１３の端子本体部１３ｂ及び負極側押さえ部材３１により挟まれる部分の両端の端部付近にボルト２９が貫通する２つの貫通孔４９が形成されている。負極集電板積層部３３は、被溶接部５５ａ乃至５５ｊを順番に積層することにより構成されている。
負極側の集電構造も、上記正極側の正極構造と同じ構造を有している。そこで図４及び図５に括弧内に符号を付して負極側の構成部材の符号を付して負極側の集電構造の説明を省略する。
上記実施の形態では、複数枚の正極集電板及び負極集電板をそれぞれ２つのグループに分けて、端子本体部の積層方向に対向する２つの面にそれぞれのグループに属する正極集電板及び負極集電板の被固定部を固定しているが、集電板を２つのグループに分けずに、全ての集電板を端子本体部に一つの面に固定するようにしてもよいのは勿論である。
また図５の実施の形態では、一つのグループの集電板を、端子本体部１１ｂの端子部１１ａが位置する面Ｓ１とは反対側に位置する面Ｓ２と対向する領域ＡＲ内に被溶接部が位置する第１の小グループと、この領域ＡＲの外側に被溶接部が位置する第２の小グループとに分けている。しかしながら、一つのグループに属する複数枚の集電板を２つの小グループに分けなくともよい。図６には、本発明の第２の実施の形態の集電構造が示されている。図６に示すように、一つのグループに属する複数枚の集電板の被溶接部を、端子本体部１１ｂの端子部１１ａが位置する面Ｓ１とは反対側に位置する面Ｓ２と対向する領域ＡＲの外に位置させるようにしてもよい。また図７に示す第３の実施の形態のように、一つのグループに属する複数枚の集電板の被溶接部を、端子本体部１１ｂの端子部１１ａが位置する面Ｓ１とは反対側に位置する面Ｓ２と対向する領域ＡＲ内に位置させるようにしてもよい。さらに図８に示す第４の実施の形態のように、一つのグループに属する複数枚の集電板の被溶接部を、端子本体部１１ｂの端子部１１ａが位置する面Ｓ１とは反対側に位置する面Ｓ２と対向する領域ＡＲ内に位置させ、残りの一つのグループに属する複数枚の集電板の被溶接部を、端子本体部１１ｂの端子部１１ａが位置する面Ｓ１とは反対側に位置する面Ｓ２と対向する領域ＡＲの外に位置させるようにしてもよい。
さらに複数枚の集電板を二つのグループに分けずに、一つのグループとしてもよい。図９に示す第５の実施の形態では、グループ分けしていない複数枚の集電板が、正極端子１１の端子本体部１１ｂの積層方向に対向する一つの面のみに溶接された集電構造が示されている。図９においては、複数枚の集電板は、二つの小グループに分けられており、一つの小グループの集電板の被溶接部が端子本体部１１ｂの端子部１１ａが位置する面Ｓ１とは反対側に位置する面Ｓ２と対向する領域ＡＲ内に位置しており、もう一つの小グループの集電板の被溶接部が領域ＡＲの外に位置している。さらに図１０に示す第６の実施の形態のように、複数枚の集電板を二つのグループ及び二つの小グループに分けなくともよい。図１０においては、全ての集電板の被溶接部が、端子本体部１１ｂの端子部１１ａが位置する面Ｓ１とは反対側に位置する面Ｓ２と対向する領域ＡＲ内に位置している。
また、図１乃至図５の実施の形態では、二つのグループに分けた複数枚の集電板を、それぞれ二つの小グループに分けているが、一つのグループのみを小グループに分けるようにしてもよい。この場合には、例えば図１１に示す第７の実施の形態のように、小グループに分けていない複数枚の集電板の被溶接部を、端子本体部１１ｂの端子部１１ａが位置する面Ｓ１とは反対側に位置する面Ｓ２と対向する領域ＡＲの外に位置させるようにしてもよい。また、図１２に示す第８の実施の形態のように、小グループに分けていない複数枚の集電板の被溶接部を、領域ＡＲ内に位置させるようにしてもよい。
上記実施の形態では、隣り合う２枚の正極集電板（負極集電板）の曲げ部の角度差を、全て１０°としている。しかしながら、１０°以外の角度差としてもよいのは勿論である。また、隣り合う２枚の正極集電板及び負極集電板の曲げ部の角度差が異なるようにしてもよい。
また上記実施の形態では、被溶接部の長さを同じにしているが、被溶接部の長さを異ならせてもよいのは勿論である。
さらに上記各実施の形態では、リチウムイオン二次電池について説明をしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の二次電池及びその電極構造に適用しても良いのは勿論である。
本発明の集電構造では、各集電板の被溶接部は、集電板積層部の極板群側の端部から放射状に延びるように構成されることになるため、集電板の枚数が多くなっても、所定の角度を適宜に定めることにより、限られたスペースの中に必要な枚数の集電板を配置することができる。したがって本発明によれば、集電板の枚数が多くなっても、複数枚の集電板を配置するスペースを大きくする必要がない。
１ リチウムイオン二次電池
３ 極板群
５ 電池容器
７ 電池缶
９ 電池蓋
９ａ ガス排出弁
９ｂ 注液口
１１ 正極端子
１１ａ 端子部
１１ｂ 端子本体部
１１ｃ 面
１１ｄ ネジ孔
１１ｅ 突出面
１１ｆ 面
１３ 負極端子
１３ａ 端子部
１３ｂ 端子本体部
１３ｃ 面
１３ｄ ネジ孔
１３ｅ 突出面
１３ｆ 面
１５ 内側パッキン
１７ 外側パッキン
１９ 端子ワッシャ
２１ 正極端子用ナット
２３ 負極端子用ナット
２５ 正極側押さえ部材
２７ 正極集電板積層部
２９ ボルト
３１ 負極側押さえ部材
３３ 負極集電板積層部
３５ 正極板
３５ａ 正極タブ
３７ 負極板
３７ａ 負極タブ
３９ セパレータ
４１ 正極集電板
４３ 被固定部
４５ 被溶接部
４７ 折れ部
５１ 負極集電板
５３ 被固定部
５５ 被溶接部
５７ 折れ部
３ 極板群
５ 電池容器
７ 電池缶
９ 電池蓋
９ａ ガス排出弁
９ｂ 注液口
１１ 正極端子
１１ａ 端子部
１１ｂ 端子本体部
１１ｃ 面
１１ｄ ネジ孔
１１ｅ 突出面
１１ｆ 面
１３ 負極端子
１３ａ 端子部
１３ｂ 端子本体部
１３ｃ 面
１３ｄ ネジ孔
１３ｅ 突出面
１３ｆ 面
１５ 内側パッキン
１７ 外側パッキン
１９ 端子ワッシャ
２１ 正極端子用ナット
２３ 負極端子用ナット
２５ 正極側押さえ部材
２７ 正極集電板積層部
２９ ボルト
３１ 負極側押さえ部材
３３ 負極集電板積層部
３５ 正極板
３５ａ 正極タブ
３７ 負極板
３７ａ 負極タブ
３９ セパレータ
４１ 正極集電板
４３ 被固定部
４５ 被溶接部
４７ 折れ部
５１ 負極集電板
５３ 被固定部
５５ 被溶接部
５７ 折れ部
Claims (16)
- タブを有する極板がセパレータを介して複数枚積層されてなる極板群を備えた二次電池の集電構造であって、
それぞれ同極性の複数枚の前記極板の前記タブが溶接された複数枚の集電板と、
２つのグループに分けられた前記複数枚の集電板が取り付けられる端子本体部及び端子部を有する端子とを備え、
前記２つのグループに分けられた前記複数枚の集電板は、それぞれ積層されて前記端子本体部に固定される集電板積層部を構成する被固定部と、複数枚の前記タブが重なった状態で溶接される被溶接部とを備えており、
前記２つのグループに分けられた前記複数枚の集電板は、それぞれ前記被固定部と前記被溶接部との間に所定の角度の曲げ部を有するように折り曲げられて形成されており、
一つの前記グループに属する前記複数枚の集電板は、前記端子本体部に近い位置にある第１の小グループと前記端子本体部から離れた位置にある第２の小グループに分けられており、
前記第１の小グループに属する複数枚の前記集電板は、隣り合う２枚の前記集電板のうち前記端子本体部に近い位置にある１枚の前記集電板に形成された前記所定の角度が、前記端子本体部よりも遠い位置にある他の１枚の前記集電板に形成された前記所定の角度よりも小さくなるように、前記複数枚の集電板の前記所定の角度がそれぞれ定められており、
前記第２の小グループに属する複数枚の前記集電板は、隣り合う２枚の前記集電板のうち前記端子本体部に近い位置にある１枚の前記集電板に形成された前記所定の角度が、前記端子本体部よりも遠い位置にある他の１枚の前記集電板に形成された前記所定の角度よりも大きくなるように、前記複数枚の集電板の前記所定の角度がそれぞれ定められており、
前記第１の小グループに属する前記複数枚の集電板のうち前記端子本体部に最も近い位置にある前記集電板の前記所定の角度が鋭角であり、
前記第２の小グループに属する前記複数枚の集電板のうち前記端子本体部から最も離れた位置にある前記集電板の前記所定の角度が鋭角であり、
前記隣り合う２枚の前記集電板のそれぞれの前記所定の角度の差が、５°乃至１５°であり、
前記２つのグループに分けられた前記複数枚の集電板は、前記端子本体部の前記極板群の積層方向に対向する二つの端面にそれぞれ固定されていることを特徴とする二次電池の集電構造。 - タブを有する極板がセパレータを介して複数枚積層されてなる極板群を備えた二次電池の集電構造であって、
それぞれ同極性の複数枚の前記極板の前記タブが溶接された複数枚の集電板と、
２つのグループに分けられた前記複数枚の集電板が取り付けられる端子本体部及び端子部を有する端子とを備え、
前記２つのグループに分けられた前記複数枚の集電板は、それぞれ積層されて前記端子本体部に固定される集電板積層部を構成する被固定部と、複数枚の前記タブが重なった状態で溶接される被溶接部とを備えており、
前記２つのグループに分けられた前記複数枚の集電板は、それぞれ前記被固定部と前記被溶接部との間に所定の角度の曲げ部を有するように折り曲げられて形成されており、
一つの前記グループに属する前記複数枚の集電板は、前記端子本体部に近い位置にある第１の小グループと前記端子本体部から離れた位置にある第２の小グループに分けられており、
前記第１の小グループに属する複数枚の前記集電板は、隣り合う２枚の前記集電板のうち前記端子本体部に近い位置にある１枚の前記集電板に形成された前記所定の角度が、前記端子本体部よりも遠い位置にある他の１枚の前記集電板に形成された前記所定の角度よりも小さくなるように、前記複数枚の集電板の前記所定の角度がそれぞれ定められており、
前記第２の小グループに属する複数枚の前記集電板は、隣り合う２枚の前記集電板のうち前記端子本体部に近い位置にある１枚の前記集電板に形成された前記所定の角度が、前記端子本体部よりも遠い位置にある他の１枚の前記集電板に形成された前記所定の角度よりも大きくなるように、前記複数枚の集電板の前記所定の角度がそれぞれ定められていることを特徴とする二次電池の集電構造。 - タブを有する極板がセパレータを介して複数枚積層されてなる極板群を備えた二次電池の集電構造であって、
それぞれ同極性の複数枚の前記極板の前記タブが溶接された複数枚の集電板と、
前記複数枚の集電板が取り付けられる端子本体部及び端子部を有する端子とを備え、
前記複数枚の集電板は、それぞれ積層されて前記端子本体部に固定される集電板積層部を構成する被固定部と、複数枚の前記タブが重なった状態で溶接される被溶接部とを備えており、
前記複数枚の集電板は、それぞれ前記被固定部と前記被溶接部との間に所定の角度の曲げ部を有するように折り曲げられて形成されており、
前記複数枚の集電板は、前記端子本体部に近い位置にある第１の小グループと前記端子本体部から離れた位置にある第２の小グループに分けられており、
前記第１の小グループに属する複数枚の前記集電板は、隣り合う２枚の前記集電板のうち前記端子本体部に近い位置にある１枚の前記集電板に形成された前記所定の角度が、前記端子本体部よりも遠い位置にある他の１枚の前記集電板に形成された前記所定の角度よりも小さくなるように、前記複数枚の集電板の前記所定の角度がそれぞれ定められており、
前記第２の小グループに属する複数枚の前記集電板は、隣り合う２枚の前記集電板のうち前記端子本体部に近い位置にある１枚の前記集電板に形成された前記所定の角度が、前記端子本体部よりも遠い位置にある他の１枚の前記集電板に形成された前記所定の角度よりも大きくなるように、前記複数枚の集電板の前記所定の角度がそれぞれ定められていることを特徴とする二次電池の集電構造。 - 前記第１の小グループに属する前記複数枚の集電板のうち前記端子本体部に最も近い位置にある前記集電板の前記所定の角度が鋭角であり、
前記第２の小グループに属する前記複数枚の集電板のうち前記端子本体部から最も離れた位置にある前記集電板の前記所定の角度が鋭角である請求項２に記載の二次電池の集電構造。 - 前記第１の小グループに属する前記複数枚の集電板のうち前記端子本体部に最も近い位置にある前記集電板の前記所定の角度が鋭角であり、
前記第２の小グループに属する前記複数枚の集電板のうち前記端子本体部から最も離れた位置にある前記集電板の前記所定の角度が鋭角である請求項３に記載の二次電池の集電構造。 - タブを有する極板がセパレータを介して複数枚積層されてなる極板群を備えた二次電池の集電構造であって、
それぞれ同極性の複数枚の前記極板の前記タブが溶接された複数枚の集電板と、
２つのグループに分けられた前記複数枚の集電板が取り付けられる端子本体部及び端子部を有する端子とを備え、
前記２つのグループに分けられた前記複数枚の集電板は、それぞれ積層されて前記端子本体部に固定される集電板積層部を構成する被固定部と、複数枚の前記タブが重なった状態で溶接される被溶接部とを備えており、
前記２つのグループに分けられた前記複数枚の集電板は、それぞれ前記被固定部と前記被溶接部との間に所定の角度の曲げ部を有するように折り曲げられて形成されており、
一つの前記グループに属する前記複数枚の集電板は、前記端子本体部の前記端子部が位置する面とは反対側に位置する面と対向する領域内に複数枚の前記被溶接部が位置するように配置されており、
隣り合う２枚の前記集電板のうち前記端子本体部に近い位置にある１枚の前記集電板に形成された前記所定の角度が、前記端子本体部よりも遠い位置にある他の１枚の前記集電板に形成された前記所定の角度よりも小さくなるように、前記複数枚の集電板の前記所定の角度がそれぞれ定められていることを特徴とする二次電池の集電構造。 - タブを有する極板がセパレータを介して複数枚積層されてなる極板群を備えた二次電池の集電構造であって、
それぞれ同極性の複数枚の前記極板の前記タブが溶接された複数枚の集電板と、
前記複数枚の集電板が取り付けられる端子本体部及び端子部を有する端子とを備え、
前記複数枚の集電板は、それぞれ積層されて前記端子本体部に固定される集電板積層部を構成する被固定部と、複数枚の前記タブが重なった状態で溶接される被溶接部とを備えており、
前記複数枚の集電板は、それぞれ前記被固定部と前記被溶接部との間に所定の角度の曲げ部を有するように折り曲げられて形成されており、
前記複数枚の集電板は、前記端子本体部の前記端子部が位置する面とは反対側に位置する面と対向する領域内に複数枚の前記被溶接部が位置するように配置されており、
隣り合う２枚の前記集電板のうち前記端子本体部に近い位置にある１枚の前記集電板に形成された前記所定の角度が、前記端子本体部よりも遠い位置にある他の１枚の前記集電板に形成された前記所定の角度よりも小さくなるように、前記複数枚の集電板の前記所定の角度がそれぞれ定められていることを特徴とする二次電池の集電構造。 - 前記複数枚の集電板のうち前記端子本体部に最も近い位置にある前記集電板の前記所定の角度が鋭角である請求項６に記載の二次電池の集電構造。
- 前記複数枚の集電板のうち前記端子本体部に最も近い位置にある前記集電板の前記所定の角度が鋭角である請求項７に記載の二次電池の集電構造。
- タブを有する極板がセパレータを介して複数枚積層されてなる極板群を備えた二次電池の集電構造であって、
それぞれ同極性の複数枚の前記極板の前記タブが溶接された複数枚の集電板と、
２つのグループに分けられた前記複数枚の集電板が取り付けられる端子本体部及び端子部を有する端子とを備え、
前記２つのグループに分けられた前記複数枚の集電板は、それぞれ積層されて前記端子本体部に固定される集電板積層部を構成する被固定部と、複数枚の前記タブが重なった状態で溶接される被溶接部とを備えており、
前記２つのグループに分けられた前記複数枚の集電板は、それぞれ前記被固定部と前記被溶接部との間に所定の角度の曲げ部を有するように折り曲げられて形成されており、
一つの前記グループに属する前記複数枚の集電板は、前記端子本体部の前記端子部が位置する面とは反対側に位置する面と対向する領域の外側に複数枚の前記被溶接部が位置するように配置されており、
隣り合う２枚の前記集電板のうち前記端子本体部に近い位置にある１枚の前記集電板に形成された前記所定の角度が、前記端子本体部よりも遠い位置にある他の１枚の前記集電板に形成された前記所定の角度よりも大きくなるように、前記複数枚の集電板の前記所定の角度がそれぞれ定められていることを特徴とする二次電池の集電構造。 - タブを有する極板がセパレータを介して複数枚積層されてなる極板群を備えた二次電池の集電構造であって、
それぞれ同極性の複数枚の前記極板の前記タブが溶接された複数枚の集電板と、
前記複数枚の集電板が取り付けられる端子本体部及び端子部を有する端子とを備え、
前記複数枚の集電板は、それぞれ積層されて前記端子本体部に固定される集電板積層部を構成する被固定部と、複数枚の前記タブが重なった状態で溶接される被溶接部とを備えており、
前記複数枚の集電板は、それぞれ前記被固定部と前記被溶接部との間に所定の角度の曲げ部を有するように折り曲げられて形成されており、
前記複数枚の集電板は、前記端子本体部の前記端子部が位置する面とは反対側に位置する面と対向する領域の外側に複数枚の前記被溶接部が位置するように配置されており、
隣り合う２枚の前記集電板のうち前記端子本体部に近い位置にある１枚の前記集電板に形成された前記所定の角度が、前記端子本体部よりも遠い位置にある他の１枚の前記集電板に形成された前記所定の角度よりも大きくなるように、前記複数枚の集電板の前記所定の角度がそれぞれ定められていることを特徴とする二次電池の集電構造。 - 前記複数枚の集電板のうち前記端子本体部から最も離れた位置にある前記集電板の前記所定の角度が鋭角である請求項１０に記載の二次電池の集電構造。
- 前記複数枚の集電板のうち前記端子本体部から最も離れた位置にある前記集電板の前記所定の角度が鋭角である請求項１１に記載の二次電池の集電構造。
- 前記隣り合う２枚の前記集電板のそれぞれの前記所定の角度の差が、５°乃至１５°である請求項２乃至１３のいずれか１項に記載の二次電池の集電構造。
- 前記２つのグループに分けられた前記複数枚の集電板は、前記端子本体部の前記極板群の積層方向に対向する二つの端面にそれぞれ固定されている請求項２，６または１０に記載の二次電池の集電構造。
- 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の集電構造を備えた二次電池。
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